{"id":19927,"date":"2020-10-20T03:02:36","date_gmt":"2020-10-20T01:02:36","guid":{"rendered":"https:\/\/cfdfeaservice.it\/index.php\/2020\/10\/20\/reinventare-le-turbine-eoliche\/"},"modified":"2020-10-20T03:02:36","modified_gmt":"2020-10-20T01:02:36","slug":"reinventare-le-turbine-eoliche","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cfdfeaservice.it\/index.php\/2020\/10\/20\/reinventare-le-turbine-eoliche\/","title":{"rendered":"Reinventare le turbine eoliche"},"content":{"rendered":"
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Vortex Bladeless \u00e8 un sistema innovativo per sfruttare l\u2019energia del vento, alternativo alle classiche turbine eoliche; privo di pale, rappresenta una svolta nella generazione di energia eolica<\/em><\/strong><\/p>\n

Vortex Bladeless \u00e8 una startup tecnologica che sta sviluppando un aerogeneratore ecologico che non ha bisogno di pale. Si tratta di una nuova tecnologia per l\u2019energia eolica appositamente progettata per la generazione in loco in aree residenziali, in grado di funzionare in rete, fuori rete o insieme a pannelli solari regolari o altri generatori.<\/p>\n

La turbina eolica a vortice non \u00e8 in realt\u00e0 una turbina, poich\u00e9 non ruota. Si basa sul fenomeno della risonanza aeroelastica, in questo modo il dispositivo oscilla con un movimento silenzioso e non aggressivo che lo rende perfetto per essere posizionato ovunque senza disturbare la fauna selvatica.<\/p>\n

L\u2019idea \u00e8 nata all\u2019improvviso nel 2012 a David Y\u00e1\u00f1ez dopo aver visto un video del ponte di Tacoma Narrow che oscillava nel vento; che ha rilasciato la seguente dichiarazione: \u201cLa nostra storia di avvio \u00e8 iniziata da allora e per anni abbiamo lavorato molto duramente. Non \u00e8 stato facile scoprire i migliori materiali e il modo migliore per cucinare questa ricetta speciale; una tecnologia nuova di zecca \u00e8 sempre difficile da sviluppare, anche se siamo molto vicini al raggiungimento del nostro obiettivo e sogno\u201d.<\/p>\n

I parchi eolici terrestri e i nuovi progetti di turbine stanno ottenendo ottimi risultati. Sebbene gli studi sono concentrati verso il mercato degli utenti finali \/ residenziali, gli aerogeneratori Vortex potrebbero essere trattati come se fossero pannelli solari riguardanti l\u2019architettura su larga scala, la pianificazione urbana, l\u2019infrastruttura dei servizi.<\/p>\n

La start-up ha lavorato incessantemente per ottimizzare i dettagli finali del sistema di conversione e regolazione dell\u2019energia e per certificare e omologare l\u2019aerogeneratore in modo che possa essere venduto in tutto il mondo; tuttavia, prima di raggiungere veramente il mercato, \u00e8 necessario industrializzare il processo di produzione.<\/p>\n

Vortex Bladeless \u00e8 un generatore eolico risonante a vibrazione indotta da vortice. Sfrutta l\u2019energia eolica proveniente da un fenomeno di vorticit\u00e0 chiamato Vortex Shedding. Fondamentalmente, la tecnologia senza lama consiste in un cilindro fissato verticalmente con un\u2019asta elastica. Il cilindro oscilla su un intervallo di vento, che quindi genera elettricit\u00e0 attraverso un sistema di alternatore. In altre parole, \u00e8 una turbina eolica che in realt\u00e0 non \u00e8 una turbina.<\/p>\n

Nella meccanica dei fluidi, mentre il vento passa attraverso un corpo smussato, il flusso viene modificato e genera un modello ciclico di vortici. Una volta che la frequenza di queste forze \u00e8 abbastanza vicina alla frequenza strutturale del corpo, il corpo inizia a oscillare ed entra in risonanza con il vento. Questo \u00e8 anche noto come Vortex Induced Vibration (VIV).<\/p>\n

Questo fenomeno VIV \u00e8 comunemente evitato nell\u2019ingegneria strutturale, nell\u2019aeronautica e nell\u2019architettura. Al contrario, le turbine Vortex massimizzano queste instabilit\u00e0 aerodinamiche e turbolenze del vento, catturando questa energia.<\/p>\n

La geometria del montante di Vortex \u00e8 appositamente progettata per ottenere le massime prestazioni alle velocit\u00e0 medie del vento osservate. \u00c8 in grado di adattarsi molto rapidamente ai cambiamenti di direzione del vento e ai flussi d\u2019aria turbolenti comunemente osservati negli ambienti urbani.<\/p>\n

Il disturbo della corrente eolica a valle \u00e8 il motivo per cui le turbine regolari devono essere installate lontano l\u2019una dall\u2019altra. Ci\u00f2 non influisce sulle turbine eoliche senza lama, viene evitata qualsiasi limitazione associata all\u2019 effetto scia. Inoltre, ci si aspetta che i dispositivi Vortex funzionino meglio insieme, fornendo un feedback reciproco se hanno lo spazio libero adeguato attorno a loro, che \u00e8 stimato a met\u00e0 dell\u2019altezza totale del dispositivo. Per le normali turbine eoliche, questo spazio libero \u00e8 di solito cinque volte l\u2019altezza totale del dispositivo.<\/p>\n

Il cilindro esterno \u00e8 progettato per essere in gran parte rigido e ha la capacit\u00e0 di vibrare, rimanendo ancorato all\u2019asta inferiore. La parte superiore del cilindro \u00e8 libera e ha l\u2019ampiezza massima dell\u2019oscillazione. La struttura \u00e8 costruita con resine rinforzate con carbonio e \/ o fibra di vetro, materiali utilizzati nelle tradizionali pale eoliche.<\/p>\n

La parte superiore dell\u2019asta sostiene l\u2019albero e il fondo \u00e8 saldamente ancorato al terreno. \u00c8 realizzato in polimero rinforzato con fibra di carbonio, che offre un\u2019ottima resistenza alla fatica e una minima perdita di energia durante l\u2019oscillazione.<\/p>\n

Naturalmente, la progettazione di tale turbina eolica \u00e8 abbastanza diversa da una turbina tradizionale; invece della solita torre, navicella e lame, il dispositivo ha solo un albero fatto di materiali leggeri su una base. Ci\u00f2 riduce l\u2019utilizzo di materie prime e la necessit\u00e0 di una fondazione pi\u00f9 profonda.<\/p>\n

Sintonizzazione di frequenza<\/strong><\/p>\n

La frequenza dello spargimento del vortice \u00e8 proporzionale alla velocit\u00e0 del flusso del vento, tuttavia ogni struttura ha la propria frequenza di vibrazione naturale. Per abbinare le frequenze del vento alla frequenza naturale di un dispositivo, \u00e8 necessario modificare la massa corporea (maggiore \u00e8 la massa, minore \u00e8 la frequenza naturale) e la rigidit\u00e0 (maggiore \u00e8 la rigidit\u00e0, frequenze pi\u00f9 alte), tra gli altri parametri. Pertanto, occorrerebbero meccanismi complessi per variare la frequenza naturale di quel dispositivo.<\/p>\n

Per evitare ci\u00f2, il design Vortex utilizza invece un sistema di confinamento magnetico con magneti permanenti che aumentano la rigidit\u00e0 apparente del sistema in base al loro grado di flessione. Il grado di flessione aumenta man mano che il vento si intensifica, questo viene chiamato \u201d sistema di sintonia \u201c.<\/p>\n

Il sistema di auto-sincronizzazione brevettato di Vortex consente di catturare una gamma pi\u00f9 ampia di velocit\u00e0 del vento senza sforzo, con un punto di taglio di circa 3 m \/ s (velocit\u00e0 iniziale). Pu\u00f2 variare automaticamente la rigidit\u00e0 e \u201csincronizzarsi\u201d con la velocit\u00e0 del vento in arrivo, al fine di rimanere in risonanza senza alcuna interferenza meccanica o manuale. In questo modo aumenta la portata di blocco dell\u2019aerogeneratore.<\/p>\n

Attualmente, Vortex genera elettricit\u00e0 attraverso un sistema di alternatori, costituito da bobine e magneti, adattato alla dinamica del vortice, senza ingranaggi, alberi o parti rotanti. Il generatore Vortex \u00e8 attualmente considerato una \u201cpiccola turbina eolica\u201d.<\/p>\n

Gli alternatori sono una tecnologia ben nota, sebbene il modo in cui Vortex la stia utilizzando sia innovativo e brevettato. Questo design consente di ridurre la manutenzione ed elimina la necessit\u00e0 di ingrassaggio.<\/p>\n

Obiettivi del progetto<\/strong><\/p>\n

L\u2019obiettivo \u00e8 di aumentare, testare e certificare un prototipo fino a 2,75 metri in grado di fornire 100W di potenza.\u00a0Gli obiettivi del progetto sono stati definiti da tre punti di vista:<\/p>\n

\u2013 Struttura e geometria.<\/p>\n

\u2013 Conversione dell\u2019energia.<\/p>\n

\u2013 Alternatore.<\/p>\n

L\u2019attuale tecnologia delle turbine eoliche deve supportare livelli di carico molto diversi a velocit\u00e0 del vento variabili, il che comporta requisiti meccanici elevati per la trasmissione di componenti quali ingranaggi, cuscinetti, boccole o freni. Le molteplici parti mobili sono costantemente soggette ad usura, il che comporta elevati costi di manutenzione.<\/p>\n

Naturalmente, questa turbina eolica non \u00e8 immune alla fatica e alle forze di stress. La fatica \u00e8 definita dall\u2019indebolimento di un materiale causato da carichi o forze applicati ripetutamente. L\u2019asta della turbina Vortex subisce una flessione continua e potrebbe eventualmente verificarsi un guasto materiale. I primi prodotti sono stati progettati prestando particolare attenzione a questo problema.<\/p>\n

L\u2019asta in fibra di carbonio \u00e8 stata progettata per funzionare con un\u2019ampiezza di oscillazione massima di 2,7\u00ba. Ci\u00f2 implica una deformazione del materiale molto bassa. Le analisi computazionali e matematiche effettuate in relazione al componente pi\u00f9 colpito da questo fenomeno di fatica ci fanno pensare che l\u2019aerogeneratore Vortex abbia una durata di vita enorme.<\/p>\n

Grazie alla leggerezza e alla vicinanza del baricentro al suolo, i requisiti di ancoraggio o fondazione sono stati ridotti in modo significativo rispetto alle turbine normali, facilitando l\u2019installazione.<\/p>\n

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Effetto Vortex<\/div>\n
L\u2019effetto Vortex Street o Vortex Shedding \u00e8 stato descritto e formalizzato matematicamente da Theodore von K\u00e1rm\u00e1n, il genio dell\u2019aeronautica, nel 1911. Questo effetto \u00e8 prodotto dalle forze laterali del vento su un oggetto immerso in un flusso laminare. Il flusso del vento genera un modello ciclico di vortici, che pu\u00f2 diventare una sfida ingegneristica per strutture snelle, come torri, alberi e camini. Uno di questi esempi \u00e8 il crollo del ponte di Tacoma Narrow nel 1940, negli Stati Uniti. Come funziona: Vortex adatta con successo la sua frequenza naturale per risuonare con le frequenze del vento all\u2019interno di un ampio intervallo di velocit\u00e0 del vento. L\u2019idea alla base del generatore eolico Vortex \u00e8 che \u00e8 possibile sfruttare le stesse forze per produrre energia. Quando i vortici del vento corrispondono alla frequenza naturale della struttura del dispositivo, questo inizia a risuonare e quindi ad oscillare, cosi\u2019 la turbina eolica senza lama pu\u00f2 sfruttare l\u2019energia di quel movimento come un normale generatore. Si possono trovare molti esempi dell\u2019effetto Vortex Shedding nella vita di tutti i giorni. Sulla base di questo principio e tenendo conto di altri fenomeni fisici, come la legge di Betz , l\u2019aerodinamica dei corpi finiti, le regioni di turbolenza, il gradiente del vento , ecc \u2026 il team del Vortex ha creato molti modelli computazionali che faranno luce sulla geometria corretta e parametri per sviluppare e migliorare l\u2019efficienza del design Vortex. <\/div>\n<\/div>\n
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BOX<\/div>\n
OMNIDIREZIONALE Le turbine eoliche convenzionali necessitano di un sistema di orientamento per affrontare il flusso del vento incidente. I generatori eolici Vortex non ne hanno pi\u00f9 bisogno, sono sempre orientati al vento grazie alla sezione circolare dell\u2019albero. Le turbolenze del vento o i flussi di vento misti non influiscono sulla funzione dell\u2019aerogeneratore. NON SONO RICHIESTI FRENI La risonanza scompare oltre l\u2019intervallo di blocco, quindi Vortex smette di oscillare da solo senza la necessit\u00e0 di freni se la velocit\u00e0 del vento supera la soglia del dispositivo. DENSIT\u00c0 DI POTENZA INSTALLATA Si evita qualsiasi limitazione dell \u2018\u201deffetto ombra\u201d. La distanza di separazione richiesta tra i dispositivi \u00e8 molto breve poich\u00e9 il debole di Vortex non ha alcun impatto negativo sui dispositivi a valle. QUALSIASI PRESTAZIONE DI VELOCIT\u00c0 Le turbine eoliche Vortex sono progettate per avere prestazioni elevate con le velocit\u00e0 del vento pi\u00f9 comuni (tra 3-12 m\/s) pi\u00f9 frequenti in ambienti residenziali o urbani e per avere una risposta rapida ai cambiamenti turbolenti dei flussi d\u2019aria. ENERGIA PULITA TRANQUILLA Vortex senza lama \u00e8 principalmente una soluzione per la generazione di energia distribuita. \u00c8 perfetto per essere posizionato vicino a una casa o sul tetto. Pu\u00f2 funzionare su rete e fuori rete e come parte di un\u2019installazione solare ibrida pi\u00f9 la generazione di energia eolica. Il suo design semplice e il peso ridotto consentono un uso molto efficiente delle materie prime. Non \u00e8 necessario un processo di fabbricazione complesso per costruire una turbina eolica senza pale, sebbene gli attuali metodi debbano essere visivamente diversi per industrializzare la produzione. L\u2019assenza di lubrificanti rende superflua la gestione di questi rifiuti. Si stima che il peso totale di un Vortice Tacoma sia inferiore a 15 kg una volta industrializzato. A differenza della normale energia eolica a base rotante, con la corretta calibrazione e ancoraggio ci aspettiamo che la tecnologia Vortex sia completamente silenziosa. Inoltre, le interferenze del design Vortex Bladeless sui segnali radio sono trascurabili. Vortex non ha ingranaggi in movimento e l\u2019oscillazione avviene a frequenze molto basse, quindi il dispositivo funziona in modo silenzioso se calibrato correttamente. Facile e semplice come un pannello solare! Le turbine eoliche senza lama eliminano completamente gli elementi meccanici che possono subire l\u2019usura per attrito. I principali materiali utilizzati per la produzione di turbine Vortex sono polimeri in fibra di carbonio, plastica, acciaio, neodimio e rame. I limiti di funzionamento di questi materiali sono molto lontani dagli standard operativi di Vortex. <\/div>\n<\/div>\n

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Autore: Emanuela Bianchi<\/p>\n

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